人教版八年级物理下册同步考点专题训练第十章《浮力》知识点专项复习(原卷版+解析)
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这是一份人教版八年级物理下册同步考点专题训练第十章《浮力》知识点专项复习(原卷版+解析),共35页。试卷主要包含了浮力产生的原因,影响浮力大小的因素等内容,欢迎下载使用。
知识点回顾
知识点1:浮力
1、浮力产生的原因:
(1)浮力:浸在液体或气体里的物体受到液体或气体竖直向上的托力叫做浮力;
(2)浮力的产生原因:物体下表面受到向上的压力大于物体上表面受到的向下的压力;
(3)浮力方向:竖直向上,施力物体是液(气)体。
2、影响浮力大小的因素:通过实验探究发现(控制变量法):浮力的大小跟物体浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大,液体的密度越大,浮力就越大。
知识点2:阿基米德原理的应用
1、阿基米德原理的应用:
(1) 阿基米德原理:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力;
(2)公式表示:;
(3)液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状 、浸没的深度等均无关
(4)适用条件:液体(或气体)。
2、浮力大小的计算:
(1)两次称量求差法 F浮=F1-F2
(2)二力平衡法 F浮=G物
(3)阿基米德原理法 F浮=G排。
知识点3:物体的浮沉条件及应用
1、浮力的利用:
(1)调节浮力的大小:采用“空心”增大体积,从而增大浮力,使物体能漂浮在液面上;
(2)轮船采用了把它做成空心的办法,使它能够排开更多的水,增大浮力,使轮船能漂浮在水面上;
(3)潜水艇:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重来实现的;
(4)气球和气艇:气球和飞艇,体内充有密度小于空气的气体(氢气、氦气、热空气),从浮力与重力的大小关系来解释气球升空;
(5)密度计是利用物体浮在液面的条件来工作的。
汤圆刚放入水中时,汤圆受到的浮力小于重力;汤圆煮熟时,它的体积增大,浮力也随之增大。
2、物体的浮沉条件及其应用:
(1)前提条件:物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。
(2)物体在液体中的浮沉条件
上浮:F浮>G 悬浮:F浮=G 漂浮:F浮=G
下沉:F浮<G 沉底:F浮+N=G
(3)如果被研究的物体的平均密度可以知道,则物体的浮沉条件可变成以下形式:①ρ物<ρ液,上浮 ②ρ物=ρ液,悬浮 ③ρ物>ρ液,下沉;
(4)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。
❈漂浮问题的几个规律:
规律1:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律2:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;
规律3:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律4:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;
规律5:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。
典例分析
知识点1:浮力
【典例1】(2023春•凉山州期末)关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.浸在气体中的物体不受浮力
B.浸入液体中物体浮力产生的原因为液体对物体上下表面的压力差
C.浸在液体中的物体受到的浮力只与液体的密度有关
D.在液体中上升的物体受浮力、下降的物体不受浮力
【典例2】(2023•武汉模拟)如图是小江在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验①②和③中,弹簧测力计的示数分别为2.2N、1.4N和1.5N,下列说法正确的是( )
A.实验中酒精的密度是0.875g/cm3
B.物体A的密度为2.2×103kg/m3
C.实验②中物体A上下表面受到水施加的压力差为1.4N
D.实验③物体A全部没入酒精中后烧杯底部所受的压力增大了1.5N
【典例3】(2023春•平昌县期末)游泳时人在水中会受到浮力,这个浮力是 对 的作用,浮力的方向是 。
【典例4】(2023春•西峰区期末)如图所示,将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球 (选填“会”或“不会”)浮起来;再用瓶盖将瓶口堵住,过一会儿,观察到乒乓球将 。该实验说明,浮力产生的原因是液体对物体上、下表面的 。
【典例5】(2023•河南)在“探究影响浮力大小的因素”实验中,同学们根据生活经验,提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想:
①与物体浸入液体中的深度有关;②与物体排开液体的体积有关;③与液体的密度有关。
(1)请你写出能够支持猜想③的一个生活现象: 。
(2)进行探究时,实验步骤和弹簧测力计的示数如图所示。其中序号b中物体P所受浮力大小为 N。
(3)分析a、c、d三次实验,可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度 (选填“有关”或“无关”);分析 三次实验,可知浮力大小与物体排开液体的体积有关;分析a、d、e三次实验,可知在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力 (选填“越大”或“越小”)。
(4)本实验不仅可以探究影响浮力大小的因素,从实验数据还可求出物体P的密度为
kg/m3。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
知识点2:阿基米德原理的应用
【典例1】(2023•南山区校级模拟)如图所示,甲、乙、丙三只实心球的体积相等,在同种液体中静止,由图中三个球的位置可知( )
A.甲球受的浮力最小 B.甲球受的浮力最大
C.丙球受的浮力最小 D.三个球受到的浮力大小相等
【典例2】(2023•武功县模拟)弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中(如图甲),图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像,水的密度为1×103kg/m3,g取10N/kg,忽略液面的变化,则下列说法中正确的是( )
A.物体受到的最大浮力是5N B.物体刚浸没时下表面受到水的压力是9N
C.物体的密度是2.25×103 kg/m3 D.物体刚浸没时下表面受到水的压强是8×102 Pa
【典例3】(2023•礼县模拟)如图所示,我国的“奋斗者“号创造了10909米的中国载人深潜新纪录。在马里亚纳海沟探测时,载人潜水器在水面下逐渐下潜的过程中,所受的压强 ,所受的浮力 。(均选填“增大”、“减小”或“不变”)(不考虑海水密度的变化)
【典例4】(2023春•宁安市期末)漂浮在水面上的皮球,用手将其慢慢压入水中的过程中,皮球受到的浮力将 (选填“变大”、“变小”或“不变”),此现象表明,浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小与物体 有关。
【典例5】(2023秋•房山区期末)把一个重为5.4N、密度为0.9g/cm3的实心物体放入足够深的水中。已知水的密度ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg。当物体静止时,求:
(1)物体所受的浮力;
(2)物体排开的水的体积。
知识点3:物体的浮沉条件及应用
【典例1】(2023秋•襄都区校级期末)把质量相等的木球和铝球浸没于某种液体中,放手后木球漂浮而铝球下沉,静止后它们所受浮力的大小关系是( )
A.F木=F铝B.F木<F铝C.F木>F铝D.无法确定
【典例2】(2023•运城模拟)2020年10月27日,我国研发的“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功下潜突破1万米达到10058米,创造了中国载人深潜的新纪录。关于“奋斗者”号下列说法正确的是( )
A.悬浮和漂浮时受到的浮力相等 B.匀速下潜的过程中受非平衡力
C.从悬浮到下潜过程中受到的浮力变大D.匀速下潜过程中底部受到的海水压强变大
【典例3】(2023春•郫都区期末)如图所示,将甲、乙两容器放在水平桌面上,甲、乙两容器的底面积分别为S甲和S乙。甲容器中盛有密度为ρ1的液体,乙容器中盛有密度为ρ2的液体。现将体积相等的A、B两个物体分别放入甲、乙两容器后,物体A悬浮,物体B漂浮且有一半体积露出液面,此时两容器中液面相平。液体对甲容器底部的压强为p1、压力为F1,液体对乙容器底部的压强为p2、压力为F2。已知物体A与物体B的密度之比为2:3,S乙等于4S甲。则下列判断正确的是( )
A.p1=p2,F1>F2B.p1<p2,6F1=F2
C.3p1=p2,12F1=F2D.p1>p2,F1=4F2
【典例4】(2023秋•上城区期末)如图所示,水平桌面上放置的两个相同的圆柱形容器中盛有甲和乙两种不同液体,将一支密度计分别放入这两种不同液体中,静止后的情形如图所示,两液面相平,则甲液体的密度 乙液体的密度(选填“大于”、“等于”、“小于”);密度计在甲液体中受到的浮力 在乙液体中受到的浮力(选填“大于”、“等于”、“小于”);原容器中甲液体的质量 乙液体的质量(选填“大于”、“等于”、“小于”)。
【典例5】(2023•娄底一模)一艘轮船的排水量是100t,该船满载货物时受到水的浮力是
N;若该轮船从大海驶入内河,船受到的浮力大小 (选填“变大”、“变小”或“不变”),且轮船要 (选填“上浮一些”或“下沉一些”)。(g取10N/kg)
巩固提升训练
一、选择题。
1.(2023秋•上城区期末)2021年12月9日天地信号接通,“天宫课堂”在中国空间站正式开讲。三位太空航天员教师展示了空间站工作生活场景,演示了微重力环境下(可近似当作完全失重)的一些科学实验,不考虑太空中微重力,下列物体受到浮力的是( )
A.如图天宫课堂中“悬浮”在水中的乒乓球
B.如图在太空中的中国空间站
C.如图太空转身实验时飘着的宇航员
D.如图上太空前进行水下训练的宇航员
2.(2023•常山县模拟)如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程,其中运动员受到水的浮力不断减小的阶段是( )
A.①→②B.②→③C.③→④D.④→⑤
3.(2023•陈仓区一模)两个相同的量筒内装有不同的液体甲、乙,将同一支密度计分别放入两液体中,静止后液面相平,如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度比乙液体的密度小 B.密度计在乙液体中所受的浮力较大
C.密度计排开甲液体的质量大于乙液体的质量 D.甲液体对容器底部的压力大
4.(2023•玉州区一模)2021年4月23日,海军三型主战舰艇—长征18号艇、大连舰、海南舰在海南三亚某军港集中交接入列如图所示,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席交接入列活动并登上舰艇视察。针对新入列舰艇的说法正确的是( )
A.大连舰、海南舰受到的重力小于其浮力
B.长征18号潜艇下潜时,受到的浮力和压强都增大
C.当海南舰上舰载直升机起飞后,该舰排开水的体积会减小
D.长征18号潜艇受到的重力等于其浮力时,该艇一定处于漂浮状态
5.(2023•巨野县模拟)探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示,其中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N。下列分析正确的是( )
A.如果金属块a浸没在水中,受到浮力的大小必为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
6.(2023•武汉模拟)如图所示,把装满水的烧杯放在托盘秤的盘子里,再把空的饮料罐缓缓按入水中,在这个过程中( )
A.托盘秤的示数在增大 B.托盘秤的示数保持不变
C.烧杯底部对托盘的压力在减小 D.烧杯内的水对烧杯底部的压力在增大
7.将一密度均匀的正方体轻轻放入盛满浓盐水的大烧杯中,静止后有72g浓盐水溢出;若将该物体轻轻放入盛满煤油的大烧杯中,静止后有64g煤油溢出(浓盐水密度为1.2×103kg/m3,煤油密度为0.8×103kg/m3),以下说法中( )
①该物体前后两次所受浮力之比为9:8
②该物体前后两次排开液体体积之比为4:3
③该物体的密度为0.9×103kg/m3
④该物体在煤油中可能沉底或悬浮
A.只有①③正确B.只有②③正确C.只有①④正确D.只有②④正确
8.(2023春•沙坪坝区校级期末)如图所示,水平面上有一底面积200cm2,高12cm的圆柱形薄壁容器,容器中装有质量为2kg的水。现将一个质量分布均匀,底面积100cm2,体积500cm3的物体A(不吸水)放入容器中,A漂浮在水面上,且浸入水中的体积为总体积的2/5。再在A的上方放一个物体B,使A刚好浸没于水中(B不浸入)。则下列说法正确的是( )
A.物体A的密度为0.6g/cm3
B.物体B的质量为200g
C.物体A从漂浮到刚好浸没,物体A下降的距离是1.5cm
D.物体A从漂浮到刚好浸没,水对容器底部增大的压力为2N
二、填空题。
9.(2023春•中卫期末)在探究浮力的影响因素实验中;
(1)将石块挂在弹簧测力计下,慢慢浸入水中,如图所示。当石块完全浸没在水中时,所受到的浮力是 N。
(2)分析图乙、丙可知,石块受到的浮力大小跟 有关。
(3)分析 两图可知,浸在液体中的物体受到的浮力跟液体的密度有关。
(4)将石块从水中慢慢提起(即:从丙图到乙图),水对杯底的压强 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
10.(2023•溪湖区校级模拟)据报道,2018年5月5日,直﹣18改进型直升机降落在我国首艘国产航母的甲板上。该航母满载时排水量为70000吨,在海水中吃水深度为11m。该航母满载时,受到的浮力为 N,航母的最低处受到海水的压强为 Pa;某架直升机飞离该航母后,若航母排开的海水体积减少了7m3,则该直升机的重力是
N。(ρ海水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
11.(2023秋•义乌市期末)学习了浮力的相关知识后,某同学自制了密度计,为检验标定的密度计是否准确,其他同学配制了一系列不同浓度的氢氧化钠溶液。
(1)配制氢氧化钠溶液时,所需的玻璃仪器有滴管、玻璃棒、量筒和 ;
(2)密度计的刻度线分布特点是上疏下密,刻度值是 (选填“上大下小”或“上小下大”)。
12.(2023•广西模拟)如图所示,A、B是由不同材料制成的两个实心物体。A、B用细线相连放入水中时,两物体恰好悬浮。剪断细线,A上浮,静止时有体积露出水面,此时A所受的重力 浮力(选填“大于”“小于”或“等于”);细线剪断前后水对容器底部的压强变化了70Pa,则水面高度变化了 m;如果B体积是A体积的,则B物体的密度是 kg/m3。
三、实验题。
13.(2023秋•金东区期末)在“探究影响浮力大小的因素”实验中,同学们根据生活经验,提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想:
①与物体浸入液体中的深度有关;
②与物体排开液体的体积有关;
③与液体的密度有关。
(1)请你写出能够支持猜想③的一个生活现象: ;
进行探究时,实验步骤和弹簧测力计的示数如图甲所示。
观察并分别比较图中有关数据可知:
(2)当物体浸没在水中时,受到的浮力为 N;
(3)当物体从接触水面开始,到浸没于水中,直至浸没到更深位置(未触底),在图乙中能表示出此过程物体所受浮力F与浸入水中深度h关系的图像是 (选填“①”或“②”)。
四、计算题。
14.(2023•钟楼区校级模拟)一石块在空气中称时,弹簧测力计的示数是5N,浸没在水中称时,弹簧测力计的示数为2N,浸没在另一种液体中时,弹簧测力计的示数是1.4N,已知ρ水=1.0×103kg/m3,则:
(1)石块在水中受到的浮力多大?
(2)石块密度是多大?
(3)另一种液体的密度是多大?
15.(2023•娄底模拟)有一体积、质量忽略不计的弹簧,原长为10cm,把弹簧下端固定在容器底部,上端固定在边长为10cm的正方体木块上,向容器加水,直到木块上表面与液面相平,如图甲所示,此时水深为22cm。弹簧受到拉力的作用时,弹簧伸长的长度△L与所受拉力F的关系如图乙所示。已知容器的底面积为200cm2,水的密度为1.0×103kg/m3。求:
(1)木块受到水的浮力;
(2)木块的重力;
(3)打开出水口放水,当弹簧恰好恢复原长时关闭出水口,此时水对容器底的压强;
(4)再次打开出水口放水,当弹簧的作用力与木块浸没时的弹簧作用力相等时关闭出水口,求容器内剩余水的质量。
第十章《浮力》知识点专项复习(解析版)
知识点直击
知识点回顾
知识点1:浮力
1、浮力产生的原因:
(1)浮力:浸在液体或气体里的物体受到液体或气体竖直向上的托力叫做浮力;
(2)浮力的产生原因:物体下表面受到向上的压力大于物体上表面受到的向下的压力;
(3)浮力方向:竖直向上,施力物体是液(气)体。
2、影响浮力大小的因素:通过实验探究发现(控制变量法):浮力的大小跟物体浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大,液体的密度越大,浮力就越大。
知识点2:阿基米德原理的应用
1、阿基米德原理的应用:
(1) 阿基米德原理:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力;
(2)公式表示:;
(3)液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状 、浸没的深度等均无关
(4)适用条件:液体(或气体)。
2、浮力大小的计算:
(1)两次称量求差法 F浮=F1-F2
(2)二力平衡法 F浮=G物
(3)阿基米德原理法 F浮=G排。
知识点3:物体的浮沉条件及应用
1、浮力的利用:
(1)调节浮力的大小:采用“空心”增大体积,从而增大浮力,使物体能漂浮在液面上;
(2)轮船采用了把它做成空心的办法,使它能够排开更多的水,增大浮力,使轮船能漂浮在水面上;
(3)潜水艇:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重来实现的;
(4)气球和气艇:气球和飞艇,体内充有密度小于空气的气体(氢气、氦气、热空气),从浮力与重力的大小关系来解释气球升空;
(5)密度计是利用物体浮在液面的条件来工作的。
汤圆刚放入水中时,汤圆受到的浮力小于重力;汤圆煮熟时,它的体积增大,浮力也随之增大。
2、物体的浮沉条件及其应用:
(1)前提条件:物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。
(2)物体在液体中的浮沉条件
上浮:F浮>G 悬浮:F浮=G 漂浮:F浮=G
下沉:F浮<G 沉底:F浮+N=G
(3)如果被研究的物体的平均密度可以知道,则物体的浮沉条件可变成以下形式:①ρ物<ρ液,上浮 ②ρ物=ρ液,悬浮 ③ρ物>ρ液,下沉;
(4)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。
❈漂浮问题的几个规律:
规律1:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律2:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;
规律3:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律4:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;
规律5:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。
典例分析
知识点1:浮力
【典例1】(2023春•凉山州期末)关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.浸在气体中的物体不受浮力
B.浸入液体中物体浮力产生的原因为液体对物体上下表面的压力差
C.浸在液体中的物体受到的浮力只与液体的密度有关
D.在液体中上升的物体受浮力、下降的物体不受浮力
【答案】B。
【解答】解:A、阿基米德原理既适用于液体又适用于气体,因此浸在液体或气体中的物体都受浮力,故A错误;
B、浸在液体中的物体受到各个方向的压力,由于上下表面存在高度差,因此只有受到竖直向上的压力与竖直向下的压力无法抵消,即上下表面的压力差等于浮力,故B正确;
C、浮力的大小与液体的密度和排开液体的体积有关,故C错误;
D、浸在液体中的物体会受到液体对它施加的竖直向上的浮力,与物体的浮沉情况无关,所以不管在液体中上升的物体,还是下降的物体都受浮力的作用,故D错误。
故选:B。
【典例2】(2023•武汉模拟)如图是小江在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验①②和③中,弹簧测力计的示数分别为2.2N、1.4N和1.5N,下列说法正确的是( )
A.实验中酒精的密度是0.875g/cm3
B.物体A的密度为2.2×103kg/m3
C.实验②中物体A上下表面受到水施加的压力差为1.4N
D.实验③物体A全部没入酒精中后烧杯底部所受的压力增大了1.5N
【答案】A。
【解答】解:AB、实验①、②中,弹簧测力计的示数分别为2.2N、1.4N,
物体在水中受到的浮力为:F浮=G﹣F拉=2.2N﹣1.4N=0.8N;
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知物体的体积为:
V=V排===8×10﹣5m3,
根据G=mg知物体A的质量为:
m===0.22kg,
物体A的密度为:
ρ===2.75×103kg/m3,故B错误;
物体在酒精中受到的浮力为:F浮′=G﹣F拉′=2.2N﹣1.5=0.7N;
由阿基米德原理F浮=ρ液gV排知酒精的密度为:
ρ酒精===0.875×103kg/m3=0.875g/cm3,故A正确;
C、浮力产生的原因为上下表面受到水施加的压力差,由A知实验②中物体A受到的浮力为0.8N,所以实验②中物体A上下表面受到水施加的压力差为0.8N,故C错误;
D、由A知实验③物体A全部没入酒精中受到的浮力为0.7N,即水给物体A一向上的浮力,根据力的作用是相互的可知,物体也会给水一向下的压力,所以烧杯中的酒精对烧杯底部增大的压力△F=F浮′=G﹣F拉′=0.7N,故D错误。
故选:A。
【典例3】(2023春•平昌县期末)游泳时人在水中会受到浮力,这个浮力是 水 对 人 的作用,浮力的方向是 竖直向上 。
【答案】水;人;竖直向上。
【解答】解:浸在液体中的物体受到向上的浮力,游泳时人在水中受到的浮力是水对人的作用,浮力的方向是竖直向上。
故答案为:水;人;竖直向上。
【典例4】(2023春•西峰区期末)如图所示,将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球 不会 (选填“会”或“不会”)浮起来;再用瓶盖将瓶口堵住,过一会儿,观察到乒乓球将 上浮 。该实验说明,浮力产生的原因是液体对物体上、下表面的 压力差 。
【答案】不会;上浮;压力差。
【解答】解:图中乒乓球静止时,虽然有少量水从瓶口向下流出,但球的下表面没有受到水的压力,而上表面受到水向下的压力,则受到的合力方向向下,即乒乓球不受浮力的作用,所以乒乓球不能上浮;
用手堵住瓶口,乒乓球受到液体对乒乓球上下表面的压力差即浮力作用,当浮力大于重力时,乒乓球上浮,最终乒乓球漂浮在水中;由该实验可以说明:浮力产生的原因是液体对物体上、下表面的压力差。
故答案为:不会;上浮;压力差。
【典例5】(2023•河南)在“探究影响浮力大小的因素”实验中,同学们根据生活经验,提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想:
①与物体浸入液体中的深度有关;②与物体排开液体的体积有关;③与液体的密度有关。
(1)请你写出能够支持猜想③的一个生活现象: 种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底 。
(2)进行探究时,实验步骤和弹簧测力计的示数如图所示。其中序号b中物体P所受浮力大小为 1.4 N。
(3)分析a、c、d三次实验,可知浮力大小与物体浸没在液体中的深度 无关 (选填“有关”或“无关”);分析 a、b、c(或a、b、d) 三次实验,可知浮力大小与物体排开液体的体积有关;分析a、d、e三次实验,可知在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力 越大 (选填“越大”或“越小”)。
(4)本实验不仅可以探究影响浮力大小的因素,从实验数据还可求出物体P的密度为 2.4×103 kg/m3。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
【答案】(1)种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底;(2)1.4;(3)无关;a、b、c(或a、b、d);越大;(4)2.4×103。
【解答】解:
(1)种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底,由此说明浮力大小与液体的密度有关;
(2)物体在空气中时弹簧测力计示数4.8N,图b在水中时弹簧测力计的示数为3.4N,则物体在水中所受浮力F浮=G﹣F=4.8N﹣3.4N=1.4N;
(3)a、c、d三次实验中,浸没的深度不同,弹簧测力计的示数相同,说明物体受到的浮力也相同,因此结论是浸没在液体中的物体所受的浮力大小与深度无关;
要得出浮力大小与物体排开液体的体积有关的结论,应控制液体的密度相同,改变排开液体的体积,所以应分析a、b、c(或a、b、d)三次实验;
由图可知,a、d、e三次实验,弹簧测力计示数不同,受到的浮力不同,即浮力大小与液体的密度有关;且在物体排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力越大;
(4)由图a、c所示实验可知,物体P浸没在水中时受到的浮力:F浮′=G﹣Fc=4.8N﹣2.8N=2N;
由F浮=ρ水gV排得物体P的体积:V=V排===2×10﹣4m3;
物体P的质量m===0.48kg,
物体P的密度ρ===2.4×103kg/m3。
故答案为:(1)种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底;(2)1.4;(3)无关;a、b、c(或a、b、d);越大;(4)2.4×103。
知识点2:阿基米德原理的应用
【典例1】(2023•南山区校级模拟)如图所示,甲、乙、丙三只实心球的体积相等,在同种液体中静止,由图中三个球的位置可知( )
A.甲球受的浮力最小 B.甲球受的浮力最大
C.丙球受的浮力最小 D.三个球受到的浮力大小相等
【答案】A。
【解答】解:已知三只球的体积是相等的,甲漂浮,乙悬浮,丙沉入液体底部,由图知,三个球排开液体的体积关系为:V甲排<V乙排=V丙排,
因为F浮=ρ液gV排,所以三球受到的浮力:F甲<F乙=F丙,即甲球受的浮力最小。
故选:A。
【典例2】(2023•武功县模拟)弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中(如图甲),图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像,水的密度为1×103kg/m3,g取10N/kg,忽略液面的变化,则下列说法中正确的是( )
A.物体受到的最大浮力是5N B.物体刚浸没时下表面受到水的压力是9N
C.物体的密度是2.25×103 kg/m3 D.物体刚浸没时下表面受到水的压强是8×102 Pa
【答案】C。
【解答】解:
A.由图像可知,当h<4cm时,弹簧测力计示数为9N不变,此时物体在空气中,由二力平衡条件可知,物体重力G=F=9N,
当h>8cm时,弹簧测力计示数为5N不变,此时物体浸没在水中受到的浮力最大,则物体受到的最大浮力F浮=G﹣F′=9N﹣5N=4N,故A错误;
B.物体刚浸没时上表面受到水的压力为零,由浮力产生的原因F浮=F向上﹣F向下可得,下表面受到水的压力F向上=F浮+F向下=F浮=4N,故B错误;
C.因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,所以由F浮=ρ液gV排可得,物体的体积V=V排===4×10﹣4m3,
由G=mg可得,物体的质量:m===0.9kg,则物体的密度:ρ===2.25×103kg/m3,故C正确;
D.由图乙可知,物体从h=4cm时下表面与水面接触,到h=8cm时刚好浸没,忽略水面的变化,则物体的高度H=4cm=0.04m,
物体刚浸没时下表面受到水的压强p=ρ水gH=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa,故D错误。
故选:C。
【典例3】(2023•礼县模拟)如图所示,我国的“奋斗者“号创造了10909米的中国载人深潜新纪录。在马里亚纳海沟探测时,载人潜水器在水面下逐渐下潜的过程中,所受的压强 增大 ,所受的浮力 不变 。(均选填“增大”、“减小”或“不变”)(不考虑海水密度的变化)
【答案】增大;不变。
【解答】解:
载人潜水器逐渐下潜,所处的深度不断增大,根据p=ρgh可知,潜水器所受的压强增大;
此过程中,潜水器排开海水的体积不变,等于其自身体积,根据F浮=ρgV排可知,潜水器所受浮力不变。
故答案为:增大;不变。
【典例4】(2023春•宁安市期末)漂浮在水面上的皮球,用手将其慢慢压入水中的过程中,皮球受到的浮力将 变大 (选填“变大”、“变小”或“不变”),此现象表明,浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小与物体 排开液体的体积 有关。
【答案】变大;排开液体的体积。
【解答】解:用手将皮球慢慢压入水中的过程中,在皮球未没入水中前,越向下,用力越大,说明皮球所受浮力变大,方向竖直向上,此现象表明,浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
故答案为:变大;排开液体的体积。
【典例5】(2023秋•房山区期末)把一个重为5.4N、密度为0.9g/cm3的实心物体放入足够深的水中。已知水的密度ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg。当物体静止时,求:
(1)物体所受的浮力;
(2)物体排开的水的体积。
【解答】解:(1)由题知,ρ物<ρ水,
所以当物体静止时,漂浮在水面上,根据物体浮沉条件可知,物体所受的浮力:F浮=G=5.4N;
(2)ρ水=1.0g/cm3=1.0×103kg/m3,
根据F浮=ρ水gV排可得,物体排开水的体积:V排===5.4×10﹣4m3。
答:(1)物体所受的浮力为5.4N;
(2)物体排开的水的体积为5.4×10﹣4m3。
知识点3:物体的浮沉条件及应用
【典例1】(2023秋•襄都区校级期末)把质量相等的木球和铝球浸没于某种液体中,放手后木球漂浮而铝球下沉,静止后它们所受浮力的大小关系是( )
A.F木=F铝B.F木<F铝C.F木>F铝D.无法确定
【答案】C。
【解答】解:因为两球质量相同,由G=mg可知,两球重力大小相等,木球漂浮,木球所受浮力F木=G,铝球下沉,铝球所受浮力F铝<G,所以两球所受浮力大小关系为F木>F铝。
故选:C。
【典例2】(2023•运城模拟)2020年10月27日,我国研发的“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功下潜突破1万米达到10058米,创造了中国载人深潜的新纪录。关于“奋斗者”号下列说法正确的是( )
A.悬浮和漂浮时受到的浮力相等 B.匀速下潜的过程中受非平衡力
C.从悬浮到下潜过程中受到的浮力变大D.匀速下潜过程中底部受到的海水压强变大
【答案】D。
【解答】解:
A、载人潜水器悬浮和漂浮时,排开的水的体积不同,水的密度不变,根据阿基米德原理F浮=ρ水gV排可知,受到的浮力不相等,故A错误;
B、匀速下潜的过程中,潜水器受力平衡力,受平衡力的作用,故B错误;
C、从悬浮到下潜过程中,潜水器排开的水的体积不变,水的密度不变,根据阿基米德原理F浮=ρ水gV排可知,受到的浮力不变,故C错误;
D、匀速下潜过程中,深度变大,水的密度不变,根据公式p=ρ水gh可知,潜水器底部受到的海水压强变大,故D正确。
故选:D。
【典例3】(2023春•郫都区期末)如图所示,将甲、乙两容器放在水平桌面上,甲、乙两容器的底面积分别为S甲和S乙。甲容器中盛有密度为ρ1的液体,乙容器中盛有密度为ρ2的液体。现将体积相等的A、B两个物体分别放入甲、乙两容器后,物体A悬浮,物体B漂浮且有一半体积露出液面,此时两容器中液面相平。液体对甲容器底部的压强为p1、压力为F1,液体对乙容器底部的压强为p2、压力为F2。已知物体A与物体B的密度之比为2:3,S乙等于4S甲。则下列判断正确的是( )
A.p1=p2,F1>F2B.p1<p2,6F1=F2
C.3p1=p2,12F1=F2D.p1>p2,F1=4F2
【答案】C。
【解答】解:因A物体悬浮,故ρ1=ρA,由题意得 FB浮=ρ2g×V=GB=ρBVg,可知ρ2=2ρB,
液体对甲容器底部的压力F1=p1S甲=ρ1ghS甲=ρAghS甲
液体对乙容器底部的压力F2=p2S乙=ρ2ghS乙=2ρBghS乙,
所以===,即F2=12F1,ρB=1.5ρA;
又因为ρ1=ρA,ρ2=2ρB,所以ρ2=3ρ1,
液体对甲容器底部的压强p1=ρ1gh,液体对乙容器底部的压强p2=ρ2gh,所以3p1=p2。
故选:C。
【典例4】(2023秋•上城区期末)如图所示,水平桌面上放置的两个相同的圆柱形容器中盛有甲和乙两种不同液体,将一支密度计分别放入这两种不同液体中,静止后的情形如图所示,两液面相平,则甲液体的密度 大于 乙液体的密度(选填“大于”、“等于”、“小于”);密度计在甲液体中受到的浮力 等于 在乙液体中受到的浮力(选填“大于”、“等于”、“小于”);原容器中甲液体的质量 大于 乙液体的质量(选填“大于”、“等于”、“小于”)。
【答案】大于;等于;大于。
【解答】解:同一支密度计放在甲、乙两种液体中都漂浮,则F浮甲=F浮乙=G,即:密度计在甲、乙两种液体中受到的浮力都等于密度计的重力G;
由图知密度计排开液体的体积V排甲<V排乙,且F浮甲=F浮乙,根据F浮=ρ液V排g可得ρ液=,则ρ甲>ρ乙;
图中两液面相平,甲图中密度计浸没在液体中的体积小于乙图中密度计浸没在液体中的体积,所以甲图液体的体积大于乙图液体的体积,由于ρ甲>ρ乙,根据m=ρV知原容器中甲液体的质量大于乙液体的质量。
故答案为:大于;等于;大于。
【典例5】(2023•娄底一模)一艘轮船的排水量是100t,该船满载货物时受到水的浮力是 1×106 N;若该轮船从大海驶入内河,船受到的浮力大小 不变 (选填“变大”、“变小”或“不变”),且轮船要 下沉一些 (选填“上浮一些”或“下沉一些”)。(g取10N/kg)
【答案】1×106;不变;下沉一些。
【解答】解:排水量是指轮船满载货物时所排开水的质量,
由阿基米德原理可得,轮船满载时受到的浮力:F浮=G排=m排g=100×103kg×10N/kg=1×106N,
当船从大海驶入内河,船仍然漂浮,船自重不变,则该船受到的浮力不变;
因为F浮=ρ水V排g,ρ河水<ρ海水,
所以排开河水的体积大于排开海水的体积,船将下沉一些。
故答案为:1×106;不变;下沉一些。
巩固提升训练
一、选择题。
1.(2023秋•上城区期末)2021年12月9日天地信号接通,“天宫课堂”在中国空间站正式开讲。三位太空航天员教师展示了空间站工作生活场景,演示了微重力环境下(可近似当作完全失重)的一些科学实验,不考虑太空中微重力,下列物体受到浮力的是( )
A.如图天宫课堂中“悬浮”在水中的乒乓球
B.如图在太空中的中国空间站
C.如图太空转身实验时飘着的宇航员
D.如图上太空前进行水下训练的宇航员
【答案】D。
【解答】解:
A、因为不考虑太空中微重力,乒乓球不会浸入水中,因此天宫课堂中“悬浮”在水中的乒乓球不受浮力作用,故A不符合题意;
B、太空中没有空气,故在太空中的中国空间站不受浮力作用,故B不符合题意;
C、太空中没有空气,故太空转身实验时飘着的宇航员不受浮力作用,故C不符合题意;
D、上太空前进行水下训练的宇航员浸在水中,因为水有流动性,因此水对浸没在其中的宇航员有向上的作用力和向下的压力作用,其中向上的压力大于向下的压力,这个压力差即宇航员受到的浮力,故D符合题意。
故选:D。
2.(2023•常山县模拟)如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程,其中运动员受到水的浮力不断减小的阶段是( )
A.①→②B.②→③C.③→④D.④→⑤
【答案】D。
【解答】解:在跳水运动员跳水过程中,液体的密度一定,运动员在此过程中,①②③④⑤,所以运动员在此过程中,①②③④⑤,故选D。
故选:D。
3.(2023•陈仓区一模)两个相同的量筒内装有不同的液体甲、乙,将同一支密度计分别放入两液体中,静止后液面相平,如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度比乙液体的密度小 B.密度计在乙液体中所受的浮力较大
C.密度计排开甲液体的质量大于乙液体的质量 D.甲液体对容器底部的压力大
【答案】D。
【解答】解:
AB、因为密度计漂浮,所以F浮=G,所以密度计在两种液体中受到的浮力都等于密度计受到的重力,大小相等;由图知,密度计排开液体的体积:V甲排<V乙排,因为F浮=ρ液gV排相同,所以液体的密度:ρ甲>ρ乙,故AB错误;
C、密度计在两种液体中受到的浮力相等,则密度计排开液体的重力相等,由G=mg可知,密度计排开液体的质量也相等,故C错误;
D、甲的密度较大,由p=ρ液gh得,甲液体对容器底的压强大;相同的量筒,底面积相等,由F=pS可知,甲液体对容器底的压力大,故D正确。
故选:D。
4.(2023•玉州区一模)2021年4月23日,海军三型主战舰艇—长征18号艇、大连舰、海南舰在海南三亚某军港集中交接入列如图所示,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平出席交接入列活动并登上舰艇视察。针对新入列舰艇的说法正确的是( )
A.大连舰、海南舰受到的重力小于其浮力
B.长征18号潜艇下潜时,受到的浮力和压强都增大
C.当海南舰上舰载直升机起飞后,该舰排开水的体积会减小
D.长征18号潜艇受到的重力等于其浮力时,该艇一定处于漂浮状态
【答案】C。
【解答】解:
A、大连舰、海南舰在水中处于漂浮状态,受到的重力等于其浮力,故A错误;
B、潜艇下潜的过程中,所处深度h增大,排开水的体积V排不变,因为p=ρ水gh,F浮=ρ水gV排,水的密度ρ水不变,所以潜艇下潜时,它受到的压强变大,受到的浮力不变,故B错误;
C、海南舰始终漂浮于水面上,由漂浮条件可知,浮力等于重力,即F浮=G,当舰载直升机起飞后,海南舰的重力G减小,因海南舰仍处于漂浮状态,故所受浮力F浮要减小;因浮力减小,由阿基米德原理F浮=ρgV排可知,排开水的体积减小,故C正确;
D、长征18号潜艇受到的重力等于其浮力时,该艇可能处于漂浮状态,也可能处于悬浮状态,故D错误。
故选:C。
5.(2023•巨野县模拟)探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示,其中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N。下列分析正确的是( )
A.如果金属块a浸没在水中,受到浮力的大小必为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
【答案】D。
【解答】解:A、金属块a浸没在水中时,根据称重法测浮力可知,受到浮力的大小为F浮=G﹣F乙=1.6N﹣1.0N=0.6N,故A错误;
B、根据甲、乙可知,物体浸在液体的体积不同,排开的液体的体积不同,所以可以探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系,故B错误;
C、根据乙、丙可知,物体的重力相同、物体的密度不同、物体的体积不同,浸没在同种液体中时排开的液体的体积不同,测力计示数不同,探究浮力与密度关系时,需要控制物体的体积相同(排开液体的体积相同),物体的密度不同,故C错误;
D、根据丙、丁可知,同一个物体浸没在不同液体中,排开的液体的体积相同,液体的密度不同,所以可以探究浮力的大小与液体密度的关系,故D正确。
故选:D。
6.(2023•武汉模拟)如图所示,把装满水的烧杯放在托盘秤的盘子里,再把空的饮料罐缓缓按入水中,在这个过程中( )
A.托盘秤的示数在增大 B.托盘秤的示数保持不变
C.烧杯底部对托盘的压力在减小 D.烧杯内的水对烧杯底部的压力在增大
【答案】A。
【解答】解:由于烧杯装满水,把空的饮料罐缓缓按入水中后溢出的水存在托盘秤中,则托盘秤的示数=G杯+G水+F向下,
由于饮料罐受到的浮力与饮料罐对水向下的压力是一对相互作用力,则:F向下=F浮,
把空的饮料罐缓缓按入水中的过程中排开水的体积变大,根据F浮=ρ液gV排可知饮料罐受到的浮力变大,
由此可知:托盘秤的示数变大,故A正确,B错误;
烧杯底部对托盘的压力=G杯+G水+F向下﹣G排,
根据阿基米德原理可知:F浮=G排,所以,F向下=G排,
由此可知:烧杯底部对托盘的压力不变;故C错误;
由于烧杯装满水,把空的饮料罐缓缓按入水中的过程中,水的深度不变,根据p=ρgh可知水对烧杯底部的压强不变,根据F=pS可知压力不变,故D错误。
故选:A。
7.将一密度均匀的正方体轻轻放入盛满浓盐水的大烧杯中,静止后有72g浓盐水溢出;若将该物体轻轻放入盛满煤油的大烧杯中,静止后有64g煤油溢出(浓盐水密度为1.2×103kg/m3,煤油密度为0.8×103kg/m3),以下说法中( )
①该物体前后两次所受浮力之比为9:8
②该物体前后两次排开液体体积之比为4:3
③该物体的密度为0.9×103kg/m3
④该物体在煤油中可能沉底或悬浮
A.只有①③正确B.只有②③正确C.只有①④正确D.只有②④正确
【答案】A。
【解答】解:
①因为大烧杯内原来装满浓盐水,
所以,由阿基米德原理可知,物体在盐水中受到的浮力:
F浮盐水=G排=G溢水=m溢水g=0.072kg×10N/kg=0.72N;
物体在煤油中受到的浮力:F浮煤油=G排=G溢煤油=m溢煤油g=0.064kg×10N/kg=0.64N;
故该物体前后两次所受浮力之比为0.72N:0.64N=9:8,故①正确;
该物体前后两次排开液体体积之比为:====3:4,故②错误;
③④由F浮=ρ水V排g得排开水的体积:
V排水===6×10﹣5m3,
①假设物体在盐水中悬浮或下沉,则物体的体积:
V=V排水=6×10﹣5m3,
由于煤油的密度小于盐水,所以物体在煤油中一定下沉,则排开煤油的体积:
V排煤油=V=6×10﹣5m3,
排开煤油的质量应该为:
m排煤油=ρ煤油V排煤油=0.8×103kg/m3×6×10﹣5m3=0.048kg=48g,
因为m排煤油<64g,
所以物体在盐水中不能悬浮或下沉;
②可见,物体在盐水中一定漂浮,则物体的重力G=F浮=0.72N,
物体受到煤油的浮力:F浮煤油=G排=G溢煤油=m溢煤油g=0.064kg×10N/kg=0.64N
因为F浮煤油<G,
所以物体在煤油中下沉,故D错误。
则物体的体积:
V=V排煤油=V溢煤油===80cm3,
物体的质量:m===0.072kg=72g,
物体的密度:ρ===0.9g/cm3=0.9×103kg/m3,故③正确,④错误。
故选:A。
8.(2023春•沙坪坝区校级期末)如图所示,水平面上有一底面积200cm2,高12cm的圆柱形薄壁容器,容器中装有质量为2kg的水。现将一个质量分布均匀,底面积100cm2,体积500cm3的物体A(不吸水)放入容器中,A漂浮在水面上,且浸入水中的体积为总体积的2/5。再在A的上方放一个物体B,使A刚好浸没于水中(B不浸入)。则下列说法正确的是( )
A.物体A的密度为0.6g/cm3
B.物体B的质量为200g
C.物体A从漂浮到刚好浸没,物体A下降的距离是1.5cm
D.物体A从漂浮到刚好浸没,水对容器底部增大的压力为2N
【答案】D。
【解答】解:
A、将A放入水中时,A漂浮,物体A浸入水中的体积为总体积的,根据阿基米德原理可知:则F浮A=ρ水gVA×=GA=mAg=ρAgVA,则:ρA=ρ水×=1×103kg/m3×=0.4×103kg/m3=0.4g/cm3,故A错误;
B、再将B放在A物体上面,物体A刚好完全浸没,但整体仍然漂浮;
则F浮AB=ρ水gVA=GB+GA;
所以,GB=ρ水gVA×=1×103kg/m3×10N/kg×500×10﹣6m3×=3N;
则mB===0.3kg=300g,故B错误;
C、为了计算物体A的高度变化,我们首先要计算液面高度,
水的体积V水===0.002m3=2000cm3,
物体A漂浮时,液面高度受到了进入水中的的物体A的体积影响,
此时的液面高度h1===11cm,
此时A浸在水中的高度h′==2cm;
A下底面据容器底距离L=11cm﹣2cm=9cm;
当物体A完全没入水中时,
液面高度h2===12.5cm,
由于圆柱形容器高12cm,
所以,容器中有水溢出,水溢出后,容器中液面的高度为12cm,
A下底面据容器底距离L′=12cm﹣=7cm,
因此从漂浮到刚好浸没,物体A下降的距离是s=9cm﹣7cm=2cm,故C错误;
D、物体A全部浸入水中后,溢出的水的体积为:V溢出=(12.5cm﹣12cm)×200cm2=100cm3;
则溢出的水的重力为:G溢出=m溢出g=ρ水V溢出=1×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣6m3=1N;
物体B的重力为:GB=3N,溢出的水的重力为1N,则水对容器底部增大的压力为3N﹣1N=2N,故D正确。
故选:D。
二、填空题。
9.(2023春•中卫期末)在探究浮力的影响因素实验中;
(1)将石块挂在弹簧测力计下,慢慢浸入水中,如图所示。当石块完全浸没在水中时,所受到的浮力是 2 N。
(2)分析图乙、丙可知,石块受到的浮力大小跟 排开水的体积 有关。
(3)分析 丙丁 两图可知,浸在液体中的物体受到的浮力跟液体的密度有关。
(4)将石块从水中慢慢提起(即:从丙图到乙图),水对杯底的压强 减小 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】(1)2;(2)排开水的体积;(3)丙丁;(4)减小。
【解答】解:(1)由图甲、丙所示实验可知,石块浸没在水中时受到的浮力:
F浮=G﹣F=5.2N﹣3.2N=2N;
(2)分析图乙、丙可知,液体的密度相同,排开液体的体积不相同,弹簧测力计的示数不同,浮力不同,所以可以得出石块受到的浮力大小跟排开液体的体积有关;
(3)要探究浸在液体中的物体受到的浮力跟液体的密度有关,需要控制排开液体的体积,改变液体的密度,图丙丁符合题意;
(4)将石块从水中慢慢提起(即:从丙图到乙图),排开水的体积逐渐减小,液面降低,根据p=ρgh知水对杯底的压强减小。
故答案为:(1)2;(2)排开水的体积;(3)丙丁;(4)减小。
10.(2023•溪湖区校级模拟)据报道,2018年5月5日,直﹣18改进型直升机降落在我国首艘国产航母的甲板上。该航母满载时排水量为70000吨,在海水中吃水深度为11m。该航母满载时,受到的浮力为 7×108 N,航母的最低处受到海水的压强为 1.1×105 Pa;某架直升机飞离该航母后,若航母排开的海水体积减少了7m3,则该直升机的重力是 7×104 N。(ρ海水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
【答案】7×108;1.1×105;7×104。
【解答】解:(1)该航母满载时排水量:m排=70000t=7×107kg,
航母满载时受到的浮力:
F浮=G排=m排g=7×107kg×10N/kg=7×108N;
(2)满载时该航母最底处受到海水的压强:
p=ρ海水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×11m=1.1×105Pa;
(3)因为航母漂浮在水面上,则F浮=G,直升机飞离该航母后,则F浮′=G′,
由于直升机飞离该航母后,直升机的重力G直=G﹣G′,
则G直=G﹣G′=ΔF浮=ρ海水ΔV排g=1.0×103kg/m3×7m3×10N/kg=7×104N。
故答案为:7×108;1.1×105;7×104。
11.(2023秋•义乌市期末)学习了浮力的相关知识后,某同学自制了密度计,为检验标定的密度计是否准确,其他同学配制了一系列不同浓度的氢氧化钠溶液。
(1)配制氢氧化钠溶液时,所需的玻璃仪器有滴管、玻璃棒、量筒和 烧杯 ;
(2)密度计的刻度线分布特点是上疏下密,刻度值是 上小下大 (选填“上大下小”或“上小下大”)。
【答案】(1)烧杯;(2)上小下大。
【解答】解:(1)配制NaOH溶液时,用天平称质量,用量筒量取取蒸馏水倒入烧杯中溶解NaOH固体,实验中用玻璃棒搅拌,需要的玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒、胶头滴管和量筒;
(2)根据同一物体浮在不同液体中F浮一定时,V排、ρ液成反比可知,液体的密度越大,排开液体的体积越小,所以密度计的刻度越靠下密度值越大。
故答案为:(1)烧杯;(2)上小下大。
12.(2023•广西模拟)如图所示,A、B是由不同材料制成的两个实心物体。A、B用细线相连放入水中时,两物体恰好悬浮。剪断细线,A上浮,静止时有体积露出水面,此时A所受的重力 等于 浮力(选填“大于”“小于”或“等于”);细线剪断前后水对容器底部的压强变化了70Pa,则水面高度变化了 7×10﹣3 m;如果B体积是A体积的,则B物体的密度是 5×103 kg/m3。
【答案】等于;7×10﹣3;5×103。
【解答】解:
(1)细线被剪断后物体A静止时有体积露出水面,此时A处于漂浮状态,则A所受的重力等于浮力:
(2)由p=ρgh可得,细线被剪断后水面的高度差:
△h===7×10﹣3m;
(3)细线被剪断后A漂浮,物块A有体积露出水面,则V排A=(1﹣)VA=VA,
因物体漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,
所以,由F浮=ρ水gV排和G=mg=ρVg可得:
ρ水gV排A=ρAVAg,
则ρA=ρ水=×1.0×103kg/m3=0.6×103kg/m3,
物体B的体积:
VB=VA,
剪断细线前,AB两物块恰好悬浮,则总浮力等于总重力,
即:ρ水g(VA+VB)=ρAVAg+ρBVBg,
B物体的密度:
ρB=ρ水﹣ρA=×1.0×103kg/m3﹣×0.6×103kg/m3=5×103kg/m3。
故答案为:等于;7×10﹣3;5×103。
三、实验题。
13.(2023秋•金东区期末)在“探究影响浮力大小的因素”实验中,同学们根据生活经验,提出了浮力大小可能与下列因素有关的猜想:
①与物体浸入液体中的深度有关;
②与物体排开液体的体积有关;
③与液体的密度有关。
(1)请你写出能够支持猜想③的一个生活现象: 种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底 ;
进行探究时,实验步骤和弹簧测力计的示数如图甲所示。
观察并分别比较图中有关数据可知:
(2)当物体浸没在水中时,受到的浮力为 0.8 N;
(3)当物体从接触水面开始,到浸没于水中,直至浸没到更深位置(未触底),在图乙中能表示出此过程物体所受浮力F与浸入水中深度h关系的图像是 ② (选填“①”或“②”)。
【答案】(1)种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底;(2)0.8;(3)②。
【解答】解:(1)种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底,由此说明浮力大小与液体的密度有关;
(2)物体在空气中时弹簧测力计示数4N,物体浸没在水中时图C弹簧测力计的示数为3.2N,则物体在水中所受浮力F浮=G﹣F=4N﹣3.2N=0.8N;
(3)当物体从接触水面开始,物体排开水的体积逐渐增大,浮力也逐渐增大,当物体全部浸没在水中时,物体排开水的体积不变,其受到的浮力也不变,故答案应为图像②。
故答案为:(1)种子在盐水中漂浮(悬浮),在清水中沉底;(2)0.8;(3)②。
四、计算题。
14.(2023•钟楼区校级模拟)一石块在空气中称时,弹簧测力计的示数是5N,浸没在水中称时,弹簧测力计的示数为2N,浸没在另一种液体中时,弹簧测力计的示数是1.4N,已知ρ水=1.0×103kg/m3,则:
(1)石块在水中受到的浮力多大?
(2)石块密度是多大?
(3)另一种液体的密度是多大?
【解答】解:(1)石块在水中受到的浮力为:
F浮=G﹣F拉=5N﹣2N=3N;
(2)由G=mg得石块的质量为:
m===0.5kg,
由F浮=ρ水gV排知石块的体积为:
V=V排===3×10﹣4m3,
石块的密度为:
ρ==≈1.67×103kg/m3;
(3)石块受到液体的浮力:
F浮′=G﹣F拉′=5N﹣1.4N=3.6N,
根据F浮′=ρ液gV排知液体的密度为:
ρ液体===1.2×103kg/m3。
答:(1)石块在水中受到的浮力为3N;
(2)石块密度是为1.67×103kg/m3;
(3)另一种液体的密度为1.2×103kg/m3。
15.(2023•娄底模拟)有一体积、质量忽略不计的弹簧,原长为10cm,把弹簧下端固定在容器底部,上端固定在边长为10cm的正方体木块上,向容器加水,直到木块上表面与液面相平,如图甲所示,此时水深为22cm。弹簧受到拉力的作用时,弹簧伸长的长度△L与所受拉力F的关系如图乙所示。已知容器的底面积为200cm2,水的密度为1.0×103kg/m3。求:
(1)木块受到水的浮力;
(2)木块的重力;
(3)打开出水口放水,当弹簧恰好恢复原长时关闭出水口,此时水对容器底的压强;
(4)再次打开出水口放水,当弹簧的作用力与木块浸没时的弹簧作用力相等时关闭出水口,求容器内剩余水的质量。
【解答】解:(1)木块上表面与液面相平时,木块排开水的体积:
V排=V木=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
木块受到水的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N;
(2)由题意可知,当木块上表面与液面相平时,木块上表面距容器底的距离为22cm,
则弹簧伸长的长度:
△L=h﹣L﹣L0=22cm﹣10cm﹣10cm=2cm,
由图乙可知,此时弹簧对物体的拉力为F拉=2N,
因木块受到竖直向上的浮力和竖直向下重力、弹簧拉力作用处于平衡状态,
所以,由木块受到的合力为零可得:F浮=G木+F拉,
则木块的重力:
G木=F浮﹣F拉=10N﹣2N=8N;
(3)当弹簧处于没有发生形变的自然状态时,弹簧的长度L0=10cm=0.1m,此时木块受到的浮力F浮'=G木=8N,
木块排开水的体积:
V排'===8×10﹣4m3,
木块浸入水的深度:
h浸===0.08m,
此时水的深度:
h'=L0+h浸=0.1m+0.08m=0.18m,
此时水对容器底部压强:
p=ρ水gh'=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.18m=1800Pa。
(4)由题意可知,当弹簧的作用力与木块浸没时的弹簧作用力相等时关闭出水口,此时弹簧被压缩,木块受到弹簧向上的弹力,且弹力大小为2N,由图乙可知,弹簧被压缩的长度为2cm,弹簧的长度:
L1=L﹣2cm=10cm﹣2cm=8cm=0.08m;
此时,木块受到的浮力:
F浮″=G木﹣F弹=8N﹣2N=6N,
木块排开水的体积:
V排″===6×10﹣4m3,
木块浸入水的深度:
h浸″===0.06m,
此时水的深度:
h″=L1+h浸″=0.08m+0.06m=0.14m,
则V水=V总﹣V排″=Sh″﹣V排″=200×10﹣4m2×0.14m﹣6×10﹣4m3=2.2×10﹣3m3,
根据m=ρV可知,容器内剩余水的质量:
m剩=ρ水V水=1.0×103kg/m3×2.2×10﹣3m3=2.2kg。
答:(1)木块受到水的浮力为10N;
(2)木块的重力为8N;
(3)当弹簧处于没有发生形变的自然状态时,水对容器底部压强为1800Pa。
(4)容器内剩余水的质量为2.2kg。
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